第四届重庆市大学生“盛群杯”单片机应用设计竞赛
作品创意书
参赛编号：20110120
基于磁条信号的电子门禁系统
重庆邮电大学
通信与信息工程学院
一、摘要
近年来，各地盗窃现象猖獗，而且花样百出，与此同时市场上各种门禁系统也是层出不穷，但是市场上的产品，对大多数消费者来说价格太高，达不到普及推广的效果，要彻底解决这一现状需要有价格相对低廉的功能完善的新产品出现，就显得迫在眉睫。本设计方案采用盛群公司的HOLTEKMCU最为主芯片，以及数字检测仪，充消磁器，回检仪，被检测物品上贴的磁条，LED灯，蜂鸣警报器等作为外围设备，实现对楼栋人员的出入，重要物品的出入，贵重物品进出信息的查询等功能。利用LED灯可以进行信息的查询和相关信息的扫描录入，利用蜂鸣警报器可以实现报警功能，利用GSM可以实现发送短信功能，请求支援。同时系统空闲时可以设为待机状态，实现低功耗。本设计方案相关数据的处理做了重点设计，支持断电回复功能，系统可靠性强，性价比高，相对于市场同类产品而言，该装置价格低廉，可以实现在每一个门上都安装一个，在一定程度上确保个人或者集体的贵重财产的安全。从成本与接受群体来说，这种电磁波防盗系统的市场前景是非常可观的！
关键词：电磁波防盗系统 HOLTEKMCU 可靠性强价格低廉低功耗
二、作品介绍
门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的人员管理基础上发展而来的。
传统的人员管理进出仅仅是单纯的视觉上的观察，无论管理多么合理，管理多么精细，人们总能用通过各种手段避开人员的管理，应付人员的询问。在出入人很多的通道（像公司，小区等地方）人员的管理很麻烦，人员的管理一旦出现疏漏，那么会造成很大的损失。为了解决这些问题，我们设计了电磁波防盗系统，它的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代。
智能化用品早已深入千家万户，给人们带来了极大的方便，提高了人民的生活质量，促进了社会的和谐发展。在防盗领域，智能化早已用在各大商场中应用，但是由于价格昂贵并不能普及。如果能将智能化用在防盗的各个区域，将是一场巨大的改革！
本创新项目面向的对象是防盗中常用设备--门禁系统。
这是一个多功能的门禁系统，它不但能实现对一般的人员出入管理，而且也能够实现对贵重物品出入管理，并且还增添了如下新特色：显示功能，记忆功能，发送短信功能，支持断电回复功能，可扩展性强等。使服务更加人性化，合理化。当有人员非法带出所管辖物品时，通过射频扫描检测物品上贴的磁条，将物品特性与门卫已有资料作对比，现实对比结果，如果是重要物品并贴有磁条，蜂鸣器发出警报提示门卫检查物品，通过显示器也可得知扫描的物品是什么，方便检查便于管理；该装置具有记忆功能能够记录并更新最近几天贴有磁条的物品出入楼栋的情况，便于登记复查；若有人在警报器响后强行出楼栋，门卫可按下报警键，装置发送短信功能将发出短信给相关人员，请求协助，第一时间抓住盗窃的人，比如说，高校里有人非法盗走寝室物品，寝室管理员可以第一时间发送短信请求学校门卫及保卫科的协助；意外断电后该装置支持断电回复功能，在重新启动后装置可以恢复断电以前的状态，增强装置的可靠性；并且该装置可以充电或用电池使它正常工作，无需生活用电220V，
这就可以确保停电后系统的正常工作；与此同时该装置还有强大的可扩展性，必如说加入新的功能，无需重头再来，只需要导入相应的芯片及程序即可，这都是基于本装置采用的是模块化设计。
因此，拥有这么一个快捷式、操作简单的电子门禁系统，具有小型化、低功耗、智能化程度高的优点，必定会给使用者带来更多的的方便，减少贵重物品被盗而产生的损失，这也是我们创作本系统的缘由。同时，随着社会防盗意识的逐渐提高，此系统设备最终会出现家用化的趋势。
三原理
数字检测仪由两侧天线构成通道，形成一个闭环磁场，被检测物体（如图书、商品）经过通道时，内部所设的磁条标签在通道形成的闭环磁场内产生同频率的振动，同时也产生一个固定频率的高次谐波（一般为磁场频率的几倍），即通常所说的磁条信号。磁条信号经过接收线路处理后产生报警反应，而平时的干扰信号一般经过内部线路筛选时即被衰减掉，从而不产生反应。数字检测仪接收线路设置为双频率接收，一路用于接收磁条信号，一路专门接收内部线路选筛不掉的强大干扰信号。由于干扰信号一般都以短时间的脉冲形式出现（几秒至十几秒），所以线路在接收到这样的干扰信号时自动关闭接收线路，等干扰过去时自动开启，恢复正常开机状态。（提高抗干扰性能）。充消磁
器是针对图书馆、超市、药店使用复合磁条进行防盗检测而研制的新型产品。回检仪是一种检测物品内有无磁性磁条的仪器。
电磁波防盗系统
其基本原理是通过交变磁场检测磁条的磁性变化来区分被保护对象是否带 有磁条，来达到防盗的目的。其原理技术为电磁法识别技术。
电磁法是用检测天线（发射天线和接收天线）以10Hz 到20KHz 的低频产生的交变磁场进行检测。检测对象是附着在被保护对象上的磁条。磁条是一条具有陡峭磁滞回线的坡莫合金软磁条。当磁条位于发射天线产生的交变磁场当中时，其极性被周期性地反复磁化。磁条中的磁通密度B 在外加磁场强度H 跨越0的附近跳跃变化（非线性特征），由此产生了频率为发射天线基频的谐波，这些谐波被接收天线接收和处理，产生报警信号。
四 作品功能、特色：
1、显示功能：通过读取磁条上的相关信息，再与门卫已有资料作对比，防止其被别人在未经允许的情况下带出楼栋。
2、防盗功能：通过检测物品上贴的磁条，门卫能检查其出入楼栋的情况，防止其在门卫未发现的情况下被带出楼栋。
3、报警功能：当带有磁条的物品通过探测器时，装置会发出警报时提醒门卫，杜绝物品在门卫看不到的情况下被偷偷带出去。
4、记忆功能：该装置能够记录并更新最近7天贴有磁条的物品出入楼栋的情况，便于
主控 MCU 单片机芯片 （89S52）
传输模块 （MAX232）
中央控制电脑
数据存储电路
24C64
EM9931 模 块 电 锁
显 示
键 盘
出 门 按
报警及 工作指示
复位电路
登记复查。
5、发送短信功能:若有人在警报响后强行出楼栋，门卫可按下报警键，装置会自动发短信到其他楼栋以及保卫处报警，请求支援。
6、支持断电回复功能：意外断电后，在重新启动后装置可以恢复断电以前的状态，增强装置的可靠性。
7、可扩展性强：
本装置于现在市场上所销售的门禁系统有以下不同：
本装置的主要针对用户为小区的居民和公司的员工。居民或者员工与保安配合，保管好自己的贵重物品。
本作品的优点是：因磁条位置和数量由物品所有者自己决定，磁条的隐蔽性强，不容易被偷窃者发现；另外成本较低，便于普及，现在市场上虽然有许多门禁系统，但价格较高，不适用于普通消费者，而磁条的成本非常低，几乎可以适用于所有普通消费人群；还有，因为磁条上有所有者的基本信息，所以如果物品不慎丢失或者被抢，可以通过该装置，在缩小的一定范围后检测物品的确切位置。
从该装置相对较低的成本以及功能分析，如果作为产品投放市场后，会有众多的消费者以及广阔的市场空间。一些地区的失窃显现比较严重，另外由于普通消费者都有许多贵重物品害怕丢失，例如笔记本，摄像机等，很需要一些价格低廉的装置来增强其防盗性能。但因市场上的类似产品价格太高，消费者只能望而却步。还有一些公司、企业，也有类似的情况。由于该装置价格低廉，几乎可以在每一个门上都安装一个，能够在一定程度上确保个人或者集体的贵重财产的安全。从成本与接受群体来说，该产品的市场前景是非常可观的！
缺点：该门禁系统适用于安全级别不高（防君子不防小人的场合），成本预算很低，门数不多的场合，无需快速授权和分析门禁出入记录的场合。
五作品结构
门禁系统就是对出入口通道进行管制的系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。它是在传统的门锁基础上发展而来的。我们设计的门禁系统是由蜂鸣报警器，磁条，扫描磁条系统等部分组成。主要利用单片机A T89S52构成一非接触式IC卡门禁系统。当读卡器检索到合法IC卡时，由CPU提供一个低电平信号，因为，89S51单片机复位是高电平有效，并且实际电路必须有看门狗电路，一旦出现故障，也需高电平复
位，因此，采用低电平作为控制门的开有效信号。当读卡器检索到合法射频条时，七段数码管可以显示出此磁条的号码，以便识别出持磁条人身份。同时，蜂鸣器发出蜂鸣，以提示楼管阿姨及时检查所带出物品与持卡人身份是否相符。工作指示灯的作用是：红色指示灯提示电源正常供电。绿色指示灯提示门禁系统工作状态，正常工作，绿色指示灯亮。门禁系统的组成：
① 门禁控制器 ② 门禁读卡器 ③ 磁片
④ 电控系统及相应软件 ⑤ 电源和其他相关门禁设备
（一）非接触式IC 卡门禁系统框图
非接触式IC 卡门禁系统包括读写器，中央控制电脑的软件管理系统、中央控制电脑与读写器之间的数据传输三部分。其中读写器是核心，包括MCU 、复位电路、报警及工作指示电路、显示电路、键盘、数据存储等主控模块及非接触式IC 卡读写模块和电锁驱动部分。
非接触式IC 卡门禁系统框图
主控
MCU 单片机芯片 （89S52）
传输模块
（MAX232）
中央控制电脑
数据存储电
路24C64
EM9931 模 块 电 锁
显 示
键 盘
出 门 按 钮
报警及 工作指示
复位电路
（二）各部分电路原理分析
（1）非接触式IC 卡门禁机工作过程为当经过扫描范围时，蜂鸣器响一下，显示模块显示卡号，指示灯点亮，楼管阿姨进行询问核对显示卡上具体信息，核对个人信息正确无误，则物品为正常出入，有误则有偷盗嫌疑，物品需留下，延时一段时间后，指示灯熄灭；
（2）蜂鸣器电路
蜂鸣器电路由蜂鸣器、三极管Q1、Q2及电阻R2组成。电路如图P3.4所示。当 P2.6输出高电平时，Q1导通，Q2截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。
当 P1.2输出高电平时，Q1截止，Q2导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。
非接触式IC 卡门禁机总体工作流程
初始化 装载权限
寻 编
加入权限？
下一编号提
权 执行报警
执行通过
取编号+密码
发送数据
写入对应数据指针加12记录数加1
发送记录
数据
清空其数据指针=0记录数=0
N
N
N
Y
Y
Y
编号在数据库？ 数据记 录满否？
CPU、显示电路、键盘、数据存储等主控模块及非接触式IC卡读写模块将在后面章节中介绍。
R2
680
图P3.4 蜂鸣器电路
（3）串行口在门禁系统中的应用
门禁系统读卡采用串口中断方式：
非接触式射频卡的基本原理每个卡片内都有一个小芯片和感应线圈。每张磁条有且只有一个唯一的、不可更改和复制的ID内码。非接触式IC卡系统的构成与特点:非接触式IC卡(也称为“应答器”)是射频识别系统的电子数据载体，卡中嵌有耦合元件和微电子芯片。通常，非接触式IC卡没有自己的供电电源(电池)，只是在读写器响应范围之内，磁条才是有源的，卡所需要的能量以及时钟脉冲、数据，都是通过耦合单元的电磁耦合作用传输给磁条的。
非接触式IC卡读写器
典型的非接触式IC卡读写器(也称为“阅读器”)包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及与卡连接的耦合元件。
（4）串行口程序分析
门禁系统的读卡采用串口中断方式，随时读卡，随时响应。晶振必须是11.0592MHz。
读卡单元
门禁系统采用EM9913BF ID射频卡读卡器。
读卡模块将数据按RS232和Wiegand26格式输出。
读卡单元连接图
（5）门禁系统程序
Private Sub Command1_Click()
If Text1.Text = "" Then
MsgBox "请输入寝室号!", XXX, "登陆"
Else
Me.Data1.Recordset.FindFirst "寝室号='" & Text1.Text & "'"
If Data1.Recordset.NoMatch = True Then
MsgBox "无此寝室,请重新输入!",XXX, "登陆"
Text1.Text = ""
Else
MsgBox "恭喜你,已成功进入" & Text1.Text & "寝室"
End If
End If
If Text1.Text = "" Then
MsgBox "请输入密码!", ******, "登陆"
Text1.Text = ""
Else
Me.Data1.Recordset.FindFirst "卡号='" & Text1.Text & "'" If Data1.Recordset.NoMatch = True Then
MsgBox "非法用户!", ******, "登陆"
Text1.Text = ""
Else
If Text2.Text <> Me.Data1.Recordset.Fields("密码") Then MsgBox "密码错误!", , "登陆"
Else
MsgBox "输入正确!", , "登陆"
成功.Show
End If
End If
End Sub
Private Sub Command2_Click()
Unload Me
进入.Show
End Sub